7.静态库和共享（动态）库

7.静态库和共享（动态）库

7.1库的介绍

什么是库

库是二进制文件，是源代码文件的另一种表现形式，是加了密的源代码；

是一些功能相近或者是相似的函数的集合体。

使用库有什么好处

▶ 提高代码的可重用性，而且还可以提高程序的健壮性；

▶ 可以减少开发者的代码开发量，缩短开发周期。

库制作完成后，如何给用户使用

▶ 头文件---包含了库函数的声明

▶ 库文件---包含了库函数的代码实现

注意: 库不能单独使用，只能作为其他执行程序的一部分完成某些功能，也就是说只能被其他程序调用才能使用。

库可分静态库(static library)和共享库(shared library)

7.2静态库（static library）

静态库可以认为是一些目标代码的集合，是在可执行程序运行前就已经加入到执行码中，成为执行程序的一部分。按照习惯，一般以.a做为文件后缀名。

静态库的命名一般分为三个部分：

▶ 前缀：lib

▶ 库名称：自定义即可，如test

▶ 后缀：.a

所以最终的静态库的名字应该为：libtest.a

静态库的制作

下面以fun1.c , fun2.c和head.h三个文件为例讲述静态库的制作和使用，其中head.h文件中有函数的声明, fun1.c和fun2.c中有函数的实现。

步骤1：将c源文件生成对应的.o文件

          gcc -c fun1.c fun2.c

或者分别生成.o文件:

         gcc -c fun1.c -o fun1.o

         gcc -c fun2.c -o fun2.o

步骤2：使用打包工具ar将准备好的.o文件打包为.a文件

■ 在使用ar工具是时候需要添加参数rcs

▶ r更新、c创建、s建立索引

■ 命令：ar rcs 静态库名 .o文件

▶ ar rcs libtest1.a fun1.o fun2.o

静态库的使用

静态库制作完成之后，需要将.a文件和头文件一定发布给用户。

假设测试文件为main.c，静态库文件为libtest1.a，头文件为head.h

用到的参数：

▶ -L：指定要连接的库的所在目录

▶ -l：指定链接时需要的静态库，去掉前缀和后缀

▶ -I: 指定main.c文件用到的头文件head.h所在的路径

gcc -o main1 main.c -L./ -ltest1 -I./

静态库的制作

main.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "head.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("this is main!\n");

	fun1();
	fun2();

	return 0;
}

head.h

void fun1();
void fun2();

fun1.c

#include <stdio.h>
void fun1()
{
    printf("this is fun1\n");	
}

fun2.c

#include <stdio.h>
void fun2()
{
    printf("this is fun2\n");	
}

步骤1：将c源文件生成对应的.o文件

gcc -c fun1.c fun2.c

步骤2：使用打包工具ar将准备好的.o文件打包为.a文件 下面libtest1.a是静态库，test1是名字

ar rcs libtest1.a fun1.o fun2.o

静态库的使用

gcc -o main1 main.c -L./ -ltest1 -I./

gcc -o main1 main.c -L./ -ltest1 -I./ 是一个用于编译 C 语言源代码的命令。让我们逐步解析这个命令：

• gcc: 这是 GNU Compiler Collection（GCC）的缩写，是一个编译器套件，用于将 C 语言源代码编译成可执行文件。
• -o main1: 这是选项（option）的标志，用于指定输出文件的名称。在这里，它将生成一个名为 main1 的可执行文件。
• main.c: 这是要编译的 C 语言源代码文件。
• -L./: 这是链接器（linker）的标志，用于指定在查找库文件时搜索的目录。在这里，它指示链接器在当前目录下搜索库文件。
• -ltest1: 这是链接器的标志，用于指定要链接的库文件。在这里，它指示链接器链接名为 libtest1.so 或 libtest1.a 的库文件。
• -I./: 这是包含（include）目录的标志，用于指定头文件搜索的目录。在这里，它指示编译器在当前目录下搜索头文件。

因此，gcc -o main1 main.c -L./ -ltest1 -I./ 的意思是使用 GCC 编译器将名为 main.c 的 C 语言源代码文件编译成一个名为 main1 的可执行文件，并链接名为 libtest1.so 或 libtest1.a 的库文件，同时在当前目录下搜索头文件。

运行

./main

输出

this is main!
this is fun1
this is fun2

静态库的制作:
 1.将.c文件编译成.o文件
  gcc -c fun1.c fun2.c
 2.使用ar命令将.o文件打包成.a文件
  ar rcs libtest1.a fun1.o fun2.o

静态库的使用:
 1.main.c与head.h和libtest1.a在同一级目录的情况
  gcc -o main1 main.c -I./ -L./ -ltest1
 2.main.c与head.h和libtest1.a在不同一级目录的情况
  gcc -o main1 main.c -I./include -L./lib -ltest1

静态库的优缺点

■优点：

▶ 函数库最终被打包到应用程序中，实现是函数本地化，寻址方便、速度快

（库函数调用效率==自定义函数使用效率）

▶ 程序在运行时与函数库再无瓜葛，移植方便

■ 缺点：

▶ 消耗系统资源较大，每个进程使用静态库都要复制一份，无端浪费内存

▶ 静态库会给程序的更新、部署和发布带来麻烦。如果静态库libxxx.a更新了，所有使用它的应用程序都需要重新编译、发布给用户（对于玩家来说，可能是一个很小的改动，却导致整个程序重新下载）。

7.3共享库（shared library）/动态库

共享库在程序编译时并不会被连接到目标代码中，而是在程序运行是才被载入。不同的应用程序如果调用相同的库，那么在内存里只需要有一份该共享库的拷贝，规避了空间浪费问题。动态库在程序运行时才被载入，也解决了静态库对程序的更新、部署和发布会带来麻烦。用户只需要更新动态库即可，增量更新。为什么需要动态库，其实也是静态库的特点导致。

按照习惯，一般以”.so”做为文件后缀名。共享库的命名一般分为三个部分：

▶ 前缀：lib

▶ 库名称：自己定义即可，如test

▶ 后缀：.so

所以最终的静态库的名字应该为：libtest.so

共享库的制作

1.生成目标文件.o，此时要加编译选项：-fPIC（fpic）

gcc -fpic -c fun1.c fun2.c

参数：-fpic创建与地址无关的编译程序(pic, position independent code)，目的就是为了能够在多个应用程序间共享。

2.生成共享库，此时要加链接器选项: -shared（指定生成动态链接库）

gcc -shared fun1.o fun2.o -o libtest2.so

共享库的使用

引用动态库编译成可执行文件（跟静态库方式一样）：

用到的参数：

▶ -L：指定要连接的库的所在目录

▶ -l：指定链接时需要的动态库，去掉前缀和后缀

▶ -I: 指定main.c文件用到的头文件head.h所在的路径

gcc main.c -I./ -L./ -ltest2 -o main2

然后运行：./main2，发现竟然报错了。

分析为什么在执行的时候找不到libtest2.so库

▶ 当系统加载可执行代码时候，能够知道其所依赖的库的名字，但是还需要知道所依赖的库的绝对路径。此时就需要系统动态载入器(dynamic linker/loader)。

ldd命令可以查看可执行文件依赖的库文件，执行ldd main2，可以发现libtest2.so找不到。

▶ 对于elf格式的可执行程序，是由ld-linux.so来完成的，它先后搜索elf文件的 DT_RPATH段 — 环境变量LD_LIBRARY_PATH — /etc/ld.so.cache文件列表 — /lib/, /usr/lib目录找到库文件后将其载入内存。

使用file命令可以查看文件的类型: file main2

cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ls
fun1.c  fun2.c  head.h  main.c
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ gcc -fpic -c fun1.c fun2.c
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ls
fun1.c  fun1.o  fun2.c  fun2.o  head.h  main.c
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ gcc -shared fun1.o fun2.o -o libtest2.so
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ls -ltr
总计 40
-rw------- 1 cmt cmt    66  9月 26 21:15 fun1.c
-rw------- 1 cmt cmt    26  9月 26 21:15 head.h
-rw------- 1 cmt cmt    66  9月 26 21:15 fun2.c
-rw------- 1 cmt cmt   154  9月 26 21:15 main.c
-rw-rw-r-- 1 cmt cmt  1496  9月 28 16:50 fun1.o
-rw-rw-r-- 1 cmt cmt  1496  9月 28 16:50 fun2.o
-rwxrwxr-x 1 cmt cmt 15600  9月 28 16:52 libtest2.so
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ gcc main.c  -I./ -L./ -ltest2 -o main2
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ls
fun1.c  fun1.o  fun2.c  fun2.o  head.h  libtest2.so  main2  main.c
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ls
fun1.c  fun1.o  fun2.c  fun2.o  head.h  libtest2.so  main2  main.c
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ./main2
./main2: error while loading shared libraries: libtest2.so: cannot open shared object file: No such file or directory
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ldd main2
	linux-vdso.so.1 (0x00007ffccaa65000)
	libtest2.so => not found
	libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007fbf9e400000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fbf9e680000)
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ file main2
main2: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=a28be0537ebaebdefe8b3e390ddb3adbaddbc6db, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ gcc -c fun1.c fun2.c
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ar rcs libtest1.a fun1.o fun2.o
ar: fun1.o: 没有那个文件或目录
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ gcc -c fun1.c fun2.c
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ls
fun1.c  fun1.o  fun2.c  fun2.o  head.h  libtest2.so  main2  main.c
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ar rcs libtest1.a fun1.o fun2.o
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ gcc -o main1 main.c -I./ -L./ -ltest1
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ gcc -o main1 main.c -I./ -L./ -ltest1
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ./main2
./main2: error while loading shared libraries: libtest2.so: cannot open shared object file: No such file or directory
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ./main1
this is main!
this is fun1
this is fun2
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ls
fun1.c  fun1.o  fun2.c  fun2.o  head.h  libtest1.a  libtest2.so  main1  main2  main.c
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ file main2
main2: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=a28be0537ebaebdefe8b3e390ddb3adbaddbc6db, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ file main.c
main.c: C source, ASCII text
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ldd main1
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffd76bc5000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f54e0200000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f54e048f000)
cmt@cmt-VMware-Virtual-Platform:~/C++_Program/1$ ldd main2
	linux-vdso.so.1 (0x00007fff04785000)
	libtest2.so => not found
	libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f51b5800000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f51b5a36000)

如何让系统找到共享库

▶ 拷贝自己制作的共享库到/lib或者/usr/lib

▶ 临时设置LD_LIBRARY_PATH:

♢ export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:库路径

▶ 永久设置，把export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:库路径，设置到∼/.bashrc文件中, 然后再执行下列三种办法之一:

♢ 执行. ~/.bashrc使配置文件生效(第一个.后面有一个空格)

♢ 执行source ~/.bashrc配置文件生效

♢ 退出当前终端，然后再次登陆也可以使配置文件生效

▶ 永久设置，把export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:库路径，设置到/etc/profile文件中

▶ 将其添加到 /etc/ld.so.cache文件中

♢ 编辑/etc/ld.so.conf文件，加入库文件所在目录的路径

♢ 运行sudo ldconfig -v，该命令会重建/etc/ld.so.cache文件

解决了库的路径问题之后，再次ldd命令可以查看可执行文件依赖的库文件， ldd main2:

自己制作一个库文件夹lib（在家目录下）：

mkdir lib

打开家目录下bashrc，最后面加入一行

vi .bashrc
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:~/lib

共享库的特点

▶ 动态库把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行的时期。

▶ 可以实现进程之间的资源共享。（因此动态库也称为共享库）

▶ 将一些程序升级变得简单。

▶ 甚至可以真正做到链接载入完全由程序员在程序代码中控制（显示调用）

7.4比较静态库和动态库的优缺点

静态库的优点:

1.执行速度快, 是因为静态库已经编译到可执行文件内部了

2.移植方便, 不依赖域其他的库文件

缺点:

1.耗费内存, 是由于每一个静态库的可执行程序都会加载一次

2.部署更新麻烦, 因为静态库修改以后所有的调用到这个静态库的可执行文

件都需要重新编译

动态库的优点:

1.节省内存

2.部署升级更新方便, 只需替换动态库即可, 然后再重启服务.

缺点:

1.加载速度比静态库慢

2.移植性差, 需要把所有用到的动态库都移植。

由于由静态库生成的可执行文件是把静态库加载到了其内部，所以静态库生成的可执行文件一般会比动态库大。

静态库的制作过程:
1.将.c文件生成.o文件

gcc -c add.c divd.c mul.c sub.c

2.使用ar命令将.o文件打包成静态库文件

ar rcs libtest1.a add.o divd.o mul.o sub.o

静态库的使用:

gcc -o main1 main.c -I./ -L./ -ltest1

动态库的制作:
1.将.c文件生成.o文件

gcc -fpic -c add.c divd.c mul.c sub.c

2.使用gcc将.o文件编译成动态库文件

gcc -shared add.o divd.o mul.o sub.o -o libtest2.so

动态库的使用:

gcc -o main2 main.c -I./include -L./lib -ltest2